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(共67张PPT)
第1节
DNA是主要的遗传物质
第3章 基因的本质
生物亲代与子代之间，在形态、结构和生理功能上常常相似，这就是遗传现象。
生物的遗传特性，使生物界的物种能够保持相对稳定
生物的遗传物质到底是什么呢？生殖过程中，亲代到底传给后代什么？
金丝猴的后代仍然是金丝猴
19世纪中期，孟德尔通过豌豆实验证明了：
生物的性状是由 控制的
遗传因子
20世纪初期，摩尔根通过果蝇实验证明了：基因位于 上。
染色体
通过对细胞有丝分裂、减数分裂和受精过程的研究，人们了解到染色体在生物的传宗接代过程中，能够保持一定的稳定性和连续性。因此，人们认为染色体在遗传上起着主要作用。
20世纪中叶，科学家发现：染色体主要由 组成。
蛋白质和DNA
谁是遗传物质呢？
DNA
染色体
蛋白质
遗传物质具有什么特点？
问题探讨
分子结构相对稳定,特定情况下能产生可遗传的变异
能自我复制，前后代保持一定的连续性
能指导蛋白质的合成，从而控制新陈代谢和性状
具有多样性，能储存大量的遗传信息
一
对遗传物质的早期推测
20世纪20年代，人们已近认识到蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子。氨基酸的不同排列顺序可能蕴含着遗传信息。当时还没有发现其他大分子具有类似的特征，因此，大多数科学家认为蛋白质是遗传物质。
一、对遗传物质的早期推测
蛋白质（氨基酸）多种多样：遗传物质
染色体
DNA（结构不清楚）：？
20世纪30年代，人们才意识到DNA也是许多基本单位组成的大分子。组成DNA的基本单位——脱氧核苷酸有四种，每一种都有特定的碱基。但由于当时人们对DNA的结构认识的还不清晰，所以，蛋白质是遗传物质的观点仍占主要地位。
一、对遗传物质的早期推测
DNA基本单位－脱氧核苷酸
脱氧
核糖
碱基
磷酸
A
G
C
含氮碱基
20世纪30年代：
A
G
C
T
腺嘌呤脱氧核苷酸
鸟嘌呤脱氧核苷酸
胞嘧啶脱氧核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
脱氧核苷酸的种类
二
肺炎链球菌的体内转化实验
（格里菲思）
二、肺炎链球菌的体内转化实验
美.艾弗里
观点：遗传物质是蛋白质
英.格里菲思
肺炎链球菌
肺炎链球菌常呈双排列。菌体成矛头状，宽端相对，尖端向外。
这种细菌在自然界中分布 广泛，常生活在正常人的鼻腔中，多数不致病或致病力很弱，少数致病力较强。其能否致病与荚膜有密切关系，因荚膜能抵抗人体内吞噬细胞的吞噬作用而大量繁殖，引起疾病。
荚膜是某些细菌的细胞壁外面包围的一层胶状物质。无荚膜的肺炎链球菌，感染人体或动物体后，容易被吞噬细胞吞噬并杀灭。有荚膜的肺炎链球菌可抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。
肺炎链球菌
S 型细菌 R 型细菌
菌落 光滑 （Smooth） 粗糙 （rough）
菌体 有多糖类的荚膜 无多糖类的荚膜
毒性 有毒性，可致死 无毒性
1. 肺炎链球菌
可使人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡
二、肺炎链球菌的体内转化实验
R型菌
S型菌
1. 肺炎链球菌
第一组
不死亡
说明R型细菌无毒
第二组
死亡
说明S型细菌有毒
第三组
不死亡
说明加热致死的S型细菌无毒
第四组
死亡
说明R型细菌转化成了S型细菌
R型
活细菌
S型
活细菌
加热致死的S型细菌
R型活细菌与加热致死的S型细菌混合
2. 实验过程和结果
组别 处理 结果
1 小鼠 R型活菌 不死亡
2 S型活菌 死亡
3 S型死菌 不死亡
4 R型活菌 + S型死菌 死亡
2. 实验过程和结果
1. 格里菲思实验自变量是什么
因变量是什么？
自变量：给小鼠注射的细菌种类及是否有活性；
因变量：小鼠是否能存活及体内是否有活的S菌。
2. 该实验遵循了什么原则？
对照原则、单一变量原则
思考
Thinking
3. 第一、二组实验对照，说明了什么？
R型细菌无毒性；S型细菌有毒性，有致病性。
4. 第二、三组的实验对照，说明了什么？
加热杀死的S型细菌无致病性。
思考
Thinking
5. 第四组中的小鼠为什么死亡了？
由于体内有活的S型细菌的作用。
6. 第四组活的S型细菌如何出现？
活的R型细菌转变成了活的S型细菌。
思考
Thinking
3. 实验结论
已经被加热杀死的S型细菌，含有某种促使R型活细菌转化为有毒性的S型活细菌的活性物质—转化因子 。
R
+
S
活R
死S
S
活S
S中的转化因子
格里菲思提出的“转化因子”到底是什么呢？
活R
死S
活S
转化因子
思考
Thinking
你认为在探究转化因子是什么物质的实验中最关键的设计思路是什么？
将加热杀死的S型菌中各物质分开，单独、直接地观察它们的作用，才能确定转化因子是什么。
思考
加热杀死的S型菌体内含有多种物质，究竟谁是转化因子？
S型细菌
多糖
多糖
脂质
蛋白质
RNA
DNA
脂质
蛋白质
RNA DNA……
S型死菌
三
肺炎链球菌的体外转化实验
（艾弗里）
1. 实验过程和现象
R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
R型细菌
S型细菌
混合
a.本实验说明什么问题？
S型细菌的细胞提取物中含有转化因子
b.本实验起什么作用？
对照作用
c.本实验能确定转化因子是
哪种物质吗？
不能
第一组
R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
R型细菌
S型细菌
混合
蛋白酶（或RNA酶、酯酶）
a.加蛋白酶的作用是什么？
去除S型细菌的细胞提取物中的蛋白质，其他物质都有
b.同样加RNA酶、酯酶什么作用？
去除S型细菌的细胞提取物中的RNA或脂质等物质
c.这些组实验说明什么问题
说明蛋白质、RNA和脂质都不是转化因子
1. 实验过程和现象
第二至四组
R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
只长R型细菌
混合
DNA酶
a.加DNA酶的作用是什么？
去除S型细菌的细胞提取物中的DNA
b.加DNA酶后只长R型菌说明什么？
说明细胞提取物中的转化因子很可能就是DNA。
第五组
1. 实验过程和现象
R型细菌的培养基
S型细菌的细胞提取物
+
只长R型细菌
混合
DNA酶
第五组
1. 实验过程和现象
艾弗里等人进一步分析了细胞提取物的理化特性，发现这些特性都与DNA的极为相似，于是得出结论：
DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。
1. 实验过程和现象
2. 结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质
艾弗里
三、肺炎链球菌的体外转化实验
（2）被转化的R型菌只是少量，在培养后既有R型细菌又有S型细菌的培养基中，R型菌的菌落占多数；
3. 注意：
（1）艾弗里的体外转化实验既证明了DNA是遗传物质，同时证明了蛋白质等不是遗传物质；
三、肺炎链球菌的体外转化实验
（3）S型细菌的DNA不能使小鼠致死。
S型菌
荚膜
控制荚膜形成的X基因
加热
杀死
被破坏的S型菌
X基因吸附在R型菌表面
X基因进入R型菌
重组
R型菌转化成S型菌
蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。在80-100 ℃的温度范围内，蛋白质失活，DNA双链解开；当温度恢复至室温后，DNA双链能够重新恢复，但蛋白质的活性无法恢复。
注意：只是少数R型细菌转化为S型细菌
知识拓展
R型细菌转化为S型细菌的本质：
基因重组
适应范围：在对照实验中，控制自变量可以采用。
含义：与常态比较，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。
举例：在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中，与对照组相比，实验组分别作加温、滴加FeC13溶液、滴加肝脏研磨液的处理，就利用了“加法原理”。
加法原理
含义：与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。
举例：在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中，每个实验组特异性地去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质，就利用了“减法原理”。
减法原理
对照组
实验组
实验组
实验组
对照组
实验组
实验组
科学方法——自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”（P46）
“转化因子”是DNA，DNA才是遗传物质。
（纠正了一个生物界的错误的普遍共识）
这个实验结论足以让所有科学家信服吗？
艾弗里的实验引起了人们的注意，但是，由于艾弗里实验中提取出的DNA，纯度最高时还有0.02%的蛋白质，因此，仍有人对实验结论表示怀疑。
那么，有没有比细菌更为简单的实验材料，还能够把蛋白质和DNA彻底分开？
质疑
Question
思维碰撞
有没有更好的材料、更好的方法能够将DNA和蛋白质分开，
单独去观察它们的作用呢？
1952年，赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记技术，完成了另一个有说服力的实验。
阿尔弗雷德·赫尔希（A. D. Hershey）和助手玛莎·蔡斯（女）（M. C.Chase）的这项研究分享1969年诺贝尔生理学或医学奖。
四
噬菌体侵染大肠杆菌的实验
1. 实验材料
（1）T2噬菌体：一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，头部和尾部外壳是蛋白质，头部含有DNA。
四、噬菌体侵染大肠杆菌的实验
T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，T2噬菌体侵染细菌后，就会在自身遗传物质的作用下，利用细菌体内的物质来合成自身的组成成分，从而进行大量的繁殖。
小资料
T2噬菌体优点：
a. 仅能在大肠杆菌内繁殖
b. 成分只有DNA和蛋白质
c. 繁殖时，仅将遗传物质导入大肠杆菌，其他物质保留在体外
T2噬菌体的模式图
头部
尾部
DNA
蛋白质
侵入别的细菌
注入
合成
吸附
组装
释放
吸附
注入
合成
组装
释放
（2）侵染细菌过程
T2噬菌体
侵染
大肠杆菌
注入
遗传物质
裂解
大肠杆菌
释放
侵染下一个大肠杆菌
？
1. 怎么将DNA和蛋白质分开？能不能将DNA和蛋白质分离？
思考
Thinking
不能，这样会破噬菌体结构使其失去侵染能力。
2. DNA和蛋白质在一起时有什么办法区分呢？
放射性同位素标记法
2. 放射性同位素标记技术
相关信息：在T2噬菌体的化学组成中，60%是蛋白质，40%是DNA。对这两种物质的分析表明：仅蛋白质分子中含有硫，磷几乎都存在于DNA分子中。
蛋白质组成元素：
DNA 组成元素：
C、H、O、N、S
C、H、O、N、P
（标记 35S）
（标记 32P）
DNA
35S
32P
蛋白质
可以直接标记噬菌体吗？
不可以
噬菌体是DNA病毒，无法单独在培养基上存活。必须寄生在活的宿主细胞内才能繁殖。
思考
Thinking
如何使最初的噬菌体带有放射性呢？
在分别含有放射性同位素32p和放射性同位素35S的培养基中培养宿主细菌；
分别用以上两种标记好的噬菌体去侵染未标记 的细菌。
用噬菌体分别侵染被标记的宿主细菌，分别获得DNA中含有放射性同位素32p和蛋白质中含有放射性同位素35S 的噬菌体；
（1）标记大肠杆菌
大肠杆菌 + 含35S的培养基→含35S的大肠杆菌
大肠杆菌 + 含32P的培养基→含32P的大肠杆菌
T2噬菌体+含35S的大肠杆菌→含35S的T2噬菌体（蛋白质）
T2噬菌体+含32P的大肠杆菌→含32P的T2噬菌体（DNA）
3. 实验过程
（2）标记T2噬菌体
35S
加入含有放射性同位素35S的培养基
大肠杆菌
含有放射性同位素35S标记的大肠杆菌
未标记的噬菌体侵染被35S标记的大肠杆菌
得到被35S标记的噬菌体
标记含有放射性同位素35S的T2噬菌体
32P
加入含有放射性同位素32P的培养基
大肠杆菌
含有放射性同位素32P标记的大肠杆菌
未标记的噬菌体侵染被32P标记的大肠杆菌
得到被32P标记的噬菌体
标记含有放射性同位素32P的T2噬菌体
：
上清液放射性很高
子代噬菌体中无35S
35S标记的噬菌体侵染未被标记的细菌
搅拌
离心
沉淀物放射性很低
（3）标记的T2噬菌体侵染未标记大肠杆菌
离心：让离心管上清液中析出质量较轻的噬菌体颗粒，沉淀物中留下被感染的大肠杆菌
保温
保温：噬菌体充分侵染大肠杆菌
搅拌：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离
①35S标记的噬菌体侵染
上清液放射性很高
沉淀物放射性很低
子代部分噬菌体中含32P
（3）标记的T2噬菌体侵染未标记大肠杆菌
②32P标记的噬菌体侵染
32P标记的噬菌体侵染未被标记的细菌
搅拌
离心
保温
上清液放射性很低
沉淀物放射性很高
注意：子代部分噬菌体中含32P
上清液放射性很低
沉淀物放射性很高
4. 实验结论：
35S标记的实验 32P标记的实验
标记部位
放射性情况 上清液
沉淀物
有无放射性原因
蛋白质
很高
DNA
很低
蛋白质未进入细菌中
DNA进入细菌中
很高
很低
注意：实验只能表明遗传物质是DNA，不能证明蛋白质不是遗传物质，因为蛋白质外壳并没有进入大肠杆菌。
为什么会有放射性？
为什么会有放射性？
DNA是噬菌体是遗传物质。
搅拌不充分
理论上
上清液
沉淀物
其中一个
大肠杆菌
实际上
5. 实验误差分析：35S标记的一组，沉淀物中出现少量放射性
保温时间过长
理论上
上清液
沉淀物
其中一个大肠杆菌
实际上
部分释放出来
释放
未来得及侵染
保温时间过短
5. 实验误差分析：32P标记的一组，上清液中出现少量放射性
（1）35S标记的实验沉淀物中也有放射性，原因是：
（2）32P标记的实验上清液中也有放射性，原因是：
①保温时间过短，部分噬菌体还未侵染细菌；
②保温时间过长，部分子代噬菌体已经释放。
5. 实验误差分析
搅拌不充分导致部分蛋白质外壳吸附在细菌上，离心时随细菌到沉淀物中。
不能，因为放射性检测时只能检测到放射部位，不能确定是哪种元素的放射性；若用32P和35S同时标记噬菌体，则上清液和沉淀物中均会具有放射性，无法判断噬菌体遗传物质的成分。
实验能不能用32P和35S同时标记噬菌体？
思考
Thinking
现在你清楚噬菌体侵染细菌的步骤了吗？
吸附
注入
合成
组装
释放
噬菌体吸附在细菌表面
把DNA注入到细菌细胞
利用细菌的化学成分、酶和核糖体合成出噬菌体的DNA、蛋白质
新合成的DNA、蛋白质组装成新的噬菌体
细菌解体，释放出噬菌体
D
N
A
是遗传物质吗？
五
DNA是主要的遗传物质
烟草花叶病毒 （Tobacco Mosaic Virus） 缩写TMV，只含有蛋白质和RNA，是烟草花叶病的病原体，是目前烟草生产上分布最广、 发生最为普遍的一类病害 ，对烟草的危害极大。
1. RNA是遗传物质的证明实验
RNA
蛋白质外壳
烟草花叶病毒感染烟草的实验
烟草花叶病毒的遗传物质是RNA
提取
RNA
蛋白质外壳
RNA
蛋白质
提取
感染
感染
烟草不感染病毒
烟草感染病毒
烟草
烟草
1. RNA是遗传物质的证明实验
RNA病毒还有：
新冠病毒
艾滋病毒
流感病毒
SARS病毒
......
细胞生物
真核生物
原核生物
DNA病毒
RNA病毒
非细胞生物
遗传物质是
DNA
遗传物质是
RNA
（DNA和RNA）
（DNA或RNA）
2. DNA是主要的遗传物质
绝大多数生物的
遗传物质是DNA
DNA是主要的遗传物质
生物
（核酸）
本节结束！
2023

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